用于對內燃機的點火正時進行控制的設備和方法

文檔序號：5248394閱讀：239來源：國知局

專利名稱：用于對內燃機的點火正時進行控制的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于對內燃機的點火正時進行控制的設備和方法，具體地
說，涉及根據(jù)是否存在爆震(knocking)來對點火正時進行控制的技術。
背景技術：
傳統(tǒng)上，己知對內燃機中是否存在爆震進行判定的技術。例如，一種技術根據(jù)內燃機中檢測到的振動幅度是否大于爆震判定值，來判定是否存在爆震。這種技術檢測到的振動幅度包括內燃機自身的機械振動。內燃機自身的機械振動隨著內燃機的速度而變化。因此，為了提高爆震判定的精確性，必須將隨著內燃機的速度而變化的內燃機自身機械振動考慮在內來執(zhí)行爆震判定。
日本專利早期公開No.8-4580公開了一種用于內燃機的爆震判定設備，該設備能夠判定爆震而不削弱跟隨發(fā)動機速度變化的能力。日本專利早期公開No.8-4580中公開的用于內燃機的爆震判定設備包括爆震傳感器，其檢測內燃機的振動并將其轉換成電信號水平；幅度校正設備，其利用發(fā)動機速度對來自爆震傳感器的電信號的幅度進行校正；背景水平設定設備，其計算經(jīng)幅度校正設備校正過的幅度校正值的加權平均值，并將加權平均值作為背景水平進行更新和設定；以及爆震判定設備，其根據(jù)經(jīng)幅度校正設備校正過的幅度校正值以及由背景水平設定設備所設定的背景水平，來判定內燃機中是否存在爆震。
根據(jù)該文獻中公開的用于內燃機的爆震判定設備，考慮到發(fā)動機的振動幅度與發(fā)動機速度成比例，用發(fā)動機速度對要作為判定爆震所用標準的背景水平以及來自爆震傳感器的幅度信號進行校正。即，通過把要作為判定標準的背景水平設定為不易因發(fā)動機速度而發(fā)生水平變化的值，可以執(zhí)行對于發(fā)動機的任何速度都能夠處理的爆震判定。因此，即使在發(fā)動機速度急劇升高或降低的發(fā)動機過渡模式中，也能夠執(zhí)行爆震判定而不削弱跟隨發(fā)動機速度變化的能力。
但是，在日本專利早期公開No.8-4580中公開的用于內燃機的爆震判
定設備中，作為判定爆震所用標準的背景水平是根據(jù)內燃機的振動中檢測到的電信號來設定的，所述振動除了包括內燃機自身的機械振動外還包括由于爆震造成的振動。因此，背景水平除了包括內燃機自身的機械振動幅度外，還包括由于爆震造成的振動幅度的效果。這樣，在日本專利早期公
開No.8-4580中公開的用于內燃機的爆震判定設備中，背景水平是根據(jù)是否發(fā)生爆震而變化的。在此情況下，即使存在爆震，也可能不能恰當?shù)貓?zhí)
行爆震判定。因此存在這樣的問題當存在爆震的時候不能將點火正時正
確地延遲，或者當不存在爆震的時候不能將點火正時正確地提前。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于對內燃機的點火正時進行控制的裝置等，其能夠恰當?shù)乜刂泣c火正時。
根據(jù)本發(fā)明用于對內燃機的點火正時進行控制的設備包括運算單元。運算單元對與內燃機的振動幅度有關的第一值進行檢測。運算單元根據(jù)第
一值來計算中間值和標準偏差。運算單元從中間值減去標準偏差與預定常數(shù)的乘積，來計算與內燃機的振動幅度有關的第二值。運算單元根據(jù)第二值來計算與內燃機的振動幅度有關的爆震幅度。運算單元根據(jù)爆震幅度與預定值之間的比較結果，來控制內燃機的點火正時。
根據(jù)本發(fā)明，對與內燃機的振動幅度有關的第一值進行檢測。由于實際制造的發(fā)動機尺寸變化、傳感器(例如爆震傳感器)的輸出變化以及爆震傳感器的性能下降，內燃機中檢測到的振動幅度值對于各個單獨的內燃機而言是不同的。類似地，檢測到的振動幅度值中包括的內燃機機械振動幅度值對于各個單獨的內燃機也是不同的。由于第一值是各個單獨的內燃機中實際檢測到的值，所以它是對于各個內燃機具體的。計算出第一值的中間值和標準偏差。通過從中間值減去標準偏差與預定常數(shù)(例如"1")的乘積，來計算第二值。在頻繁發(fā)生爆震的操作狀況下，與不發(fā) 生爆震的操作狀況相比，大的振動幅度被更加頻繁地檢測到。由此，中間值和標準偏差成為更大的值。這樣，從中間值減去標準偏差與預定常數(shù)的乘積所得的第二值成為幾乎不受爆震影響的穩(wěn)定值。這樣，第二值可以看作代表了對于單獨內燃機而言具體的機械振動幅度的值。根據(jù)第二值來計算爆震幅度。例如，將與內燃機中檢測到的振動幅度有關的值除以第二值來計算爆震幅度。這樣，爆震幅度可以被計算為這樣的值該值代表了相對于代表機械振動幅度的第二值的相對幅度。由此，所得爆震幅度可以是代表了由除對于內燃機而言具體的機械振動之外的因素造成的振動幅度。根據(jù)這個爆震幅度與預定值之間的比較結果來控制點火正時。例如，將爆震幅度與預定判定值進行比較來判定是否發(fā)生了爆震，并根據(jù)判定結果來將點火正時延遲或提前。這樣，可以提供一種用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，它能夠對是否存在爆震進行精確的判定，以恰當?shù)乜刂泣c 火正時。
優(yōu)選地，標準偏差是比中間值小的第一值的標準偏差。根據(jù)本發(fā)明，標準偏差是比根據(jù)第一值計算出的中間值小的那些第一值的標準偏差。這里，如果發(fā)生了爆震，則與未發(fā)生爆震的情況相比，小于中間值的那些第一值的中間值和標準偏差變大。通過從較大的中間值減去較大的標準偏差與預定常數(shù)的乘積來計算第二值。這樣的第二值成為與未發(fā)生爆震的情況下的第二值基本上相同的穩(wěn)定值。因此，第二值可以看作這樣的值該值代表了對于內燃機而言具體的機械振動幅度，幾乎不受爆震影響。根據(jù)這樣的第二值來計算爆震幅度。例如，通過將與內燃機中檢測到的振動幅度有關的值除以第二值來計算爆震幅度。這樣，可以獲得爆震幅度，作為代表了相對于代表機械振動幅度的第二值的相對幅度。由此，可以獲得這樣的爆震幅度該爆震幅度代表了由除對于內燃機而言具體的機械振動之外的因素造成的振動幅度。根據(jù)這樣的爆震幅度與預定值之間的比較結果來控制點火正時。例如，將爆震幅度與預定判定值進行比較來判定是否發(fā)生了爆震，并根據(jù)判定結果來將點火正時延遲或提前。這樣，可以提供一種用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，它能夠對是否存在爆震進行精確的判定，以恰當?shù)乜刂泣c火正時。
優(yōu)選地，運算單元還對與內燃機的振動幅度有關的第三值進行檢測，運算單元將第三值除以第二值來執(zhí)行校正，以計算爆震幅度。
根據(jù)本發(fā)明，對與內燃機的振動幅度有關的第三值進行檢測。通過將第三值除以第二值來執(zhí)行校正以計算爆震幅度。這樣，爆震幅度可以被計算為代表了相對于第二值的相對幅度，其中第二值代表了變化的機械振動幅度。由此，可以獲得這樣的爆震幅度該爆震幅度代表了由除對于內燃機而言具體的機械振動之外的因素造成的振動幅度。根據(jù)這樣的爆震幅度與預定值之間的比較結果來控制點火正時。例如，將爆震幅度與預定判定值進行比較來判定是否發(fā)生了爆震，并根據(jù)判定結果來將點火正時延遲或提前。這樣，可以提供一種用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，它能夠對是否存在爆震進行精確的判定，以恰當?shù)乜刂泣c火正時。

圖1是由發(fā)動機ECU控制的發(fā)動機的示意性結構圖，該發(fā)動機ECU 是根據(jù)本發(fā)明一種實施例的點火正時控制設備；
圖2是示出了爆震時發(fā)動機中產(chǎn)生的振動的頻率帶的示意圖3是示出了圖1中發(fā)動機ECU的控制框圖4是示出了發(fā)動機中振動波形的示意圖5是示出了發(fā)動機ECU的存儲器中儲存的爆震波形模型的示意
圖6是將振動波形與爆震波形模型進行比較的示意圖；圖7的示意圖示出了發(fā)動機ECU的存儲器中儲存的判定值V(KX)的對照圖8是示出了幅度值LOG(V)的頻率分布的示意圖(No.l);
圖9是示出了幅度值LOG(V)的頻率分布的示意圖(No.2);
圖IO是示出了幅度值LOG(V)的頻率分布的示意圖(No.3);
圖ll是示出了幅度值LOG(V)的頻率分布的示意圖(No.4);
圖12的流程圖示出了形成幅度值LOG(V)的頻率分布所用的幅度值LOG(V);
圖13是示出了由圖1中的發(fā)動機ECU執(zhí)行的程序的控制結構的流程
圖(No.l);
圖14是示出了由圖1中的發(fā)動機ECU執(zhí)行的程序的控制結構的流程圖(No.2);
圖15是示出了幅度值LOG(V)的頻率分布的示意圖(No.5); 圖16是示出了幅度值LOG(V)的頻率分布的示意圖(No.6); 圖17是示出了爆震時的綜合值以及噪聲造成的綜合值的示意圖
(NO.I);
圖18是示出了爆震時的綜合值以及噪聲造成的綜合值的示意圖 (No.2)。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。在下面的說明中，相同的部件被賦予相同的標號。它們具有相同的名稱和功能。因此，將不再對相同部件進行重復的詳細說明。
參考圖1，將對車輛的發(fā)動機100進行說明，該發(fā)動機100安裝了根據(jù)本發(fā)明實施例的點火正時控制設備。根據(jù)本發(fā)明的點火正時控制設備例如由發(fā)動機ECU (電子控制單元)200執(zhí)行的程序來實現(xiàn)。
發(fā)動機100是內燃機，其中，從空氣濾清器102抽入的空氣和從噴射器104噴射的燃料構成的空氣燃料混合物由火花塞106點火并在燃燒室中燃燒。點火正時被控制為MBT (最大扭矩的最小提前角)，在MBT的情況下，輸出扭矩最大，但是根據(jù)發(fā)動機100的操作狀態(tài)(例如爆震發(fā)生情況)而被延遲或提前。
在空氣燃料混合物燃燒時，活塞108被燃燒壓力向下推動，曲軸110 旋轉。燃燒后的空氣燃料混合物(排氣)由三元催化劑112凈化并排出到汽車外部。被抽入發(fā)動機100中的空氣量的大小由節(jié)氣門114調節(jié)。
發(fā)動機100由發(fā)動機ECU 200控制。爆震傳感器300、水溫傳感器 302、面向正時轉子304設置的曲軸位置傳感器306、節(jié)氣門開啟位置的傳感器308、車速傳感器310、點火開關312以及空氣流量計314連接到發(fā) 動機ECU 200。
爆震傳感器300設置在發(fā)動機10Q的氣缸座上。爆震傳感器300由壓電元件形成。爆震傳感器300響應于發(fā)動機100的振動而產(chǎn)生電壓。電壓的幅度對應于振動的幅度。爆震傳感器300向發(fā)動機ECU 200發(fā)送代表電壓的信號。水溫傳感器302對發(fā)動機100的水套中的冷卻水的溫度進行檢測，并向發(fā)動機ECU200發(fā)送代表檢測結果的信號。
正時轉子304設置在曲軸110上，并隨著曲軸110旋轉。多個突起以預定間隔設置在正時轉子304的外周上。曲軸位置傳感器306設置成面向正時轉子304的突起。在正時轉子304旋轉時，正時轉子304的突起與曲軸位置傳感器306之間的空氣間隙改變，因而經(jīng)曲軸位置傳感器306的線圈部分穿過的磁通量增大和減小，在線圈部分中產(chǎn)生電動勢。曲軸位置傳感器306向發(fā)動機ECU 200發(fā)送代表電動勢的信號。發(fā)動機ECU 200根據(jù) 從曲軸位置傳感器306發(fā)送的信號來檢測曲軸110的曲軸角度和轉數(shù)。
節(jié)氣門開啟位置傳感器308檢測節(jié)氣門的開啟位置，并向發(fā)動機ECU 200發(fā)送代表檢測結果的信號。車速傳感器310檢測車輪(未示出)的轉數(shù)，并向發(fā)動機ECU 200發(fā)送代表檢測結果的信號。發(fā)動機ECU 200根據(jù)車輪的轉數(shù)來計算車速。發(fā)動機100起動時由駕駛員開啟點火開關 312?？諝饬髁坑?14檢測進入發(fā)動機100的進氣量，并向發(fā)動機ECU 200發(fā)送代表檢測結果的信號。
發(fā)動機ECU 200根據(jù)從各個傳感器和點火開關312發(fā)送的信號以及存儲器202中儲存的程序和對照圖來執(zhí)行計算并控制各個設備，以使發(fā)動機 IOO進入所需的操作狀態(tài)。
在本實施例中，發(fā)動機ECU 200根據(jù)從爆震傳感器300發(fā)送的信號和曲軸角度來檢測預定的爆震檢測門(預定的第一曲軸角度與預定的第二曲軸角度之間的部分)中發(fā)動機100的振動波形(下文中稱為"振動波形")，并根據(jù)所檢測到的振動波形來判定發(fā)動機100中是否已經(jīng)發(fā)生了爆震。本實施例中的爆震門從燃燒沖程中的上死點(0°)至90°。爆震檢測門不限于這樣。在發(fā)生爆震時，發(fā)動機100中產(chǎn)生了由圖2中實線所示頻率附近頻率的振動。由于爆震而產(chǎn)生的振動的頻率不是恒定的，并在某個頻率范圍內
變化。因此，在本實施例中，如圖2所示，第一頻率帶A、第二頻率帶B 和第三頻率帶C中所包括的振動被檢測到。在圖2中，CA表示曲軸角度。由于爆震而產(chǎn)生的振動的頻率帶數(shù)目不限于三個。
參考圖3，下面將對發(fā)動機ECU 200進行進一步說明。發(fā)動機ECU 200包括A/D (模擬/數(shù)字)轉換器400、帶通濾波器(1) 410、帶通濾波器(2) 420、帶通濾波器(3) 430和綜合部分(integratingportion) 450。
A/D轉換器400把從爆震傳感器300發(fā)送的模擬信號轉換成數(shù)字信號。帶通濾波器(1) 410只允許從爆震傳感器300發(fā)送的信號中處于第一頻率帶A中的信號通過。換言之，利用帶通濾波器(1) 410，從由爆震傳感器300檢測到的振動中只提取出第一頻率帶A中的振動。
帶通濾波器(2) 420只允許從爆震傳感器300發(fā)送的信號中處于第二頻率帶B中的信號通過。換言之，利用帶通濾波器(2) 420，從由爆震傳感器300檢測到的振動中只提取出第二頻率帶B中的振動。
帶通濾波器(3) 430只允許從爆震傳感器300發(fā)送的信號中處于第三頻率帶C中的信號通過。換言之，利用帶通濾波器(3) 430，從由爆震傳感器300檢測到的振動中只提取出第三頻率帶C中的振動。
綜合部分450每當曲軸角度轉5。時對由帶通濾波器(1) 410至帶通濾波器(3) 430所選擇的信號(即振動的幅度)進行綜合(integrate)。下文中，綜合所得的值將稱為綜合值(integrated value)。在每個頻率帶中計算綜合值。通過這種綜合值計算，檢測到各個頻率帶中的振動波形。
此外，第一頻率帶A至第三頻率帶C中計算出的綜合值被對應于曲軸角度地相加。換言之，第一頻率帶A至第三頻率帶C的振動波形被合成。
由此，如圖4所示，檢測到發(fā)動機100的振動波形。換言之，第一頻率帶A至第三頻率帶C的經(jīng)合成的波形被用作發(fā)動機100的振動波形。
將所檢測到的振動波形與圖5所示發(fā)動機ECU 200的存儲器202中儲存的爆震波形模型進行比較。爆震波形模型被預先形成，作為發(fā)動機100 中發(fā)生爆震時的振動波形的模型。在爆震波形模型中，振動的幅度以0至1范圍內的無量綱數(shù)字的形式表示，振動的幅度并不是與曲軸角度一一對應的。換言之，在本實施例的爆震波形模型中，判定為在振動幅度的峰值之后振動幅度隨著曲軸角度增大而減小，但不判定振動幅度成為峰值時的曲軸角度。
本實施例中的爆震波形模型對應于由于爆震而產(chǎn)生的振動的幅度峰值之后的振動。也可以儲存與由爆震造成的振動的上升沿之后的振動對應的爆震波形模型。
根據(jù)由實驗強制產(chǎn)生爆震時檢測到發(fā)動機100的振動波形，預先形成和儲存爆震波形模型。
爆震波形模型是用下述發(fā)動機100 (下文中稱為"中間特性發(fā)動機")來形成的所述發(fā)動機100的尺寸以及爆震傳感器300的輸出值是
尺寸容限和爆震傳感器300的輸出值容限的中間值。換言之，爆震波形模
型是在中間特性發(fā)動機中強制產(chǎn)生爆震的情況下的振動波形。形成爆震波形模型的方法不限于這種，也可以通過模擬來形成該模型。
在檢測到的波形與爆震波形模型進行比較時，如圖6所示，將歸一化
的波形與爆震波形模型相互比較。這里，歸一化的意思是，例如通過將各個綜合值除以所檢測到的振動波形中綜合值的最大值，來將振動的幅度表
示為Q至1范圍內的無量綱數(shù)字。但是，歸一化的方法不限于這種。
在本實施例中，發(fā)動機ECU 200計算相關系數(shù)K，相關系數(shù)K是與歸一化振動波形和爆震波形模型相對于彼此的偏差有關的值。通過將振動幅度成為歸一化之后振動波形中最大值的正時與振動幅度成為爆震波形模型中最大值的正時進行同步，在每個曲軸角度(每隔5。的曲軸角度)處計算歸一化之后的振動波形與爆震波形模型相對于彼此的偏差的絕對值(偏差量)，從而計算相關系數(shù)K。
如果在各個曲軸角度處，歸一化之后振動波形與爆震波形模型相對于彼此的偏差的絕對值為AS(I) (I為自然數(shù))，而通過將爆震波形模型中的振動幅度對曲軸角度進行積分所得的值(爆震波形模型的面積)為S，則通過等式K=(S-i:AS(I))/S來計算相關系數(shù)K，其中SAS(I)為AS(I)的總和。在本實施例中，振動波形的形狀與爆震波形模型的形狀越接近，計算出的相關系數(shù)K的值越大。因此，如果振動波形中包括了除爆震之外的因素所造成的振動波形，則計算出的相關系數(shù)K是較小的值。計算相關系數(shù)K的方法不限于這種。
此外，發(fā)動機ECU 200根據(jù)綜合值的最大值(峰值)來計算爆震幅度 N。如果對最大綜合值P進行對數(shù)轉換所得的值為幅度值LOG(P)，而代表具體發(fā)動機100的機械振動幅度的值為BGL (背景水平)，則爆震幅度N 由等式N=LOG(P)/BGL來計算。計算爆震幅度N的方法不限于這種。
在本實施例中，發(fā)動機ECU 200對使用BGL計算出的爆震幅度N與存儲器202中儲存的判定值V(KX)進行相互比較，并根據(jù)所檢測到的波形與所儲存的爆震波形模型的比較結果，來對每個點火循環(huán)判定發(fā)動機100 中是否發(fā)生了爆震。如圖7所示，判定值V(KX)以對照圖的形式儲存，該對照圖使用發(fā)動機速度NE和進氣量KL作為參數(shù)。使用預先通過實驗等方式確定的值作為判定值V(KX)的初始值。
但是，由于輸出值的變化和爆震傳感器300的性能下降，發(fā)動機100 中發(fā)生的相同幅度的振動可能被檢測為不同的值。在此情況下，需要用與實際檢測到的幅度對應的判定值V(KX)來對判定值V(KX)進行校正并判定是否發(fā)生了爆震。
因此，在本實施例中，根據(jù)頻率分布來計算爆震判定值V(KD)，所述頻率分布代表了幅度值LOG(V)與檢測到各個幅度值LOG(V)的頻率(次數(shù)、幾率)之間的關系，所述幅度值LOG(V)是對幅度V進行對數(shù)轉換所得的值。
對于用發(fā)動機速度NE和進氣量KL作為參數(shù)的每個范圍計算幅度值 LOG(V)。用于計算幅度值LOG(V)的幅度V是預定曲軸角度之間的幅度峰值(每隔5。的綜合值的峰值)。根據(jù)計算出的幅度值LOG(V)來計算中間值V(50)，中間值V(50)是從最小值起直到50%時幅度LOG(V)的頻率的累積總和。此外，還計算等于或小于中間值V(50)的幅度值LOG(V)的標準偏差ci。例如，在本實施例中，通過下述計算方法來對每個點火循環(huán)計算中間值V(50)和標準偏差ci，中間值V(50)和標準偏差cr近似于根據(jù)多個幅度值LOG(V)(例如200個循環(huán))計算出的中間值和標準偏差。如果當前檢測到的幅度值LOG(V)大于此前計算出的中間值V(50)，則計算出通過將預定值C(l)加到此前計算出的中間值V(50)上而得到的值，作為當前的中間值V(50)。另一方面，如果當前檢測到的幅度值LOG(V)小于此前計算出的中間值V(50)，則計算出通過從此前計算出的中間值V(50) 減去預定值C(2) (C(2)和C(l)例如是相同的值)而得到的值，作為當前的中間值V(50)。
如果當前檢測到的幅度值LOG(V)小于此前計算出的中間值V(50)并且大于從此前計算出的中間值V(50)減去此前計算出的標準偏差cr所得的值，則計算出從此前計算出的標準偏差cr減去兩倍于預定值C(3)的值所得的值，作為當前的標準偏差a。另一方面，如果當前檢測到的幅度值LOG(V) 大于此前計算出的中間值V(50)或者小于從此前計算出的中間值V(50)減去此前計算出的標準偏差C7所得的值，則計算出將預定值C(4) (C(3)和C(4) 例如是相同的值)加到此前計算出的標準偏差cr上所得的值，作為當前的標準偏差cr。計算中間值V(50)和標準偏差cr的方法不限于這種。另外，中間值V(50)和標準偏差cr的初始值也可以是預先設定的值或可以為"0"。
使用中間值V(50)和標準偏差cr來計算爆震判定水平V(KD)。如圖8所示，將系數(shù)U(l) (U(l)為常數(shù)，例如U(l)=3)與標準偏差cr的乘積加到中間值V(50)所得的值是爆震判定水平V(KD)。計算爆震判定水平V(KD)的方法不限于這種。比爆震判定水平V(KD)更大的幅度值LOG(V)發(fā)生的頻率被確定為爆震的發(fā)生頻率。根據(jù)爆震的發(fā)生頻率，對判定值V(KX)進行校正。
系數(shù)U(l)是根據(jù)由實驗等方式獲得的數(shù)據(jù)和結果而得到的系數(shù)。比 U(l)=3時的爆震判定水平V(KD)更大的幅度值LOG(V)基本上與實際發(fā)生了爆震的點火循環(huán)中的幅度值LOG(V)相符。也可以使用除了 "3"以外的其他值作為系數(shù)U(l)。
如果發(fā)動機100中不發(fā)生爆震，則幅度值LOG(V)的頻率分布成為圖9 所示的正態(tài)分布，幅度值LOG(V)的最大值V(MAX)與爆震判定水平 V(KD)彼此相符。另一方面，通過爆震的發(fā)生，檢測到了更大的幅度V。在計算出大的幅度值LOG(V)時，如圖10所示，最大值V(MAX)變得大于爆震判定水平V(KD)。
在爆震的發(fā)生頻率進一步變高時，如圖11所示，最大值V(MAX)進一步增大。頻率分布中的中間值V(50)和標準偏差cj隨著最大值V(MAX)的增大而增大。這樣，爆震判定水平V(KD)變大。
在發(fā)生了爆震的循環(huán)中，比爆震判定水平V(KD)小的幅度值LOG(V) 不被判定為幅度值LOG(V)。因此，隨著爆震判定水平V(KD)變大，判定為沒有發(fā)生爆震但實際發(fā)生了爆震的情況頻率也變大。
因此，在本實施例中，用由圖12中的虛線包圍的范圍中的幅度值 LOG(V)來排除比閾值V(l)更大的幅度值LOG(V)，從而獲得中間值V(50) 和標準偏差cj。在圖12的示意圖中，在獲得幅度值LOG(V)的循環(huán)中，對各個校正系數(shù)K繪出了計算出的幅度值LOG(V)。
閾值V(1)是通過將系數(shù)U(2) (U(2)為常數(shù)，例如11(2)=3)與等于或小于中間值的幅度值LOG(V)的標準偏差的乘積加到幅度值LOG(V)的頻率分布中間值上而獲得的值。
通過只提取出比閾值V(l)小的幅度值LOG(V)來計算中間值V(50)和標準偏差a，可以抑制爆震判定水平V(KD)變得過高。由此，能夠抑制判定為未發(fā)生爆震而實際發(fā)生了爆震的情況的發(fā)生頻率變得過高。
提取用于計算中間值V(50)和標準偏差a的幅度值LOG(V)的方法不限于這種。例如，可以從上述比閾值V(l)小的幅度值LOG(V)中，提取出相關系數(shù)K大于閾值K(l)的點火循環(huán)中計算出的幅度值LOG(V)。
參考圖13，下面將說明發(fā)動機ECU 200執(zhí)行的程序的控制結構，發(fā) 動機ECU 200是根據(jù)本實施例的點火正時控制設備，其通過對各個點火循環(huán)中是否發(fā)生了爆震進行判定來控制點火正時。
在步驟100 (下文中，"步驟"將簡寫為"S")，發(fā)動機ECU 200 根據(jù)從曲軸位置傳感器306發(fā)送的信號來檢測發(fā)動機速度NE，并根據(jù)從空氣流量計314發(fā)送的信號來檢測進氣量KL。
在S1Q2中，發(fā)動機ECU 200根據(jù)從爆震傳感器300發(fā)送的信號來檢測發(fā)動機100的振動幅度。振動幅度以爆震傳感器300的輸出電壓的形式表示。振動幅度也可以以與爆震傳感器300的輸出電壓對應的值的形式表示。在燃燒沖程的上死點與90° (90。的曲軸角度)之間執(zhí)行幅度檢測。
在S104，發(fā)動機ECU 200每隔5。的曲軸角度計算對爆震傳感器的輸出電壓(代表振動幅度的值)進行綜合而獲得的值(綜合值)。對第一頻率帶A至第三頻率帶C的每一者中的振動計算綜合值。此外，對應于這些曲軸角度將第一頻率帶A至第三頻率帶C中的綜合值相加，從而檢測發(fā)動機100的振動波形。
在S106，發(fā)動機ECU 200計算第一至第三頻率帶A至C的合成波形 (發(fā)動機100的振動波形)的綜合值中的最大綜合值(峰值P)。
在S108，發(fā)動機ECU 200將發(fā)動機100的振動波形歸一化。這里，歸一化意思是通過將各個綜合值除以計算出的峰值來用0至1的范圍內的無量綱數(shù)字表示振動幅度。
在SI 10，發(fā)動機ECU 200計算相關系數(shù)K，相關系數(shù)K是與歸一化振動波形和爆震波形模型相對于彼此的偏差有關的值。
在SI 12，發(fā)動機ECU 200計算通過對計算出的綜合值的峰值P進行對數(shù)轉換來獲得的幅度值LOG(P)。在S114，發(fā)動機ECU 200計算爆震幅度N。如上所述，爆震幅度N是通過等式N=LOG(P)/BGL來計算的。下文中會說明計算BGL的方法。
在S116，發(fā)動機ECU 200判定是否相關系數(shù)K大于預定值并且爆震幅度N大于判定值V(KX)。如果相關系數(shù)K大于預定值并且爆震幅度大于判定值V(KX) (S116中為"是")，則處理進行到S118。否則(S116 中為"否")，處理進行到S122。
在S118，發(fā)動機ECU 200判定為發(fā)動機100中發(fā)生了爆震。在 S120，發(fā)動機ECU 200將點火正時延遲。在S122，發(fā)動機ECU 200判定為發(fā)動機100中未發(fā)生爆震。在S124，發(fā)動機ECU 200將點火正時提
目"
參考圖14，下面說明由發(fā)動機ECU 200執(zhí)行的程序控制結構，發(fā)動機ECU 200是根據(jù)本實施例的點火正時控制設備，其使用中間值V(50)和標準偏差ci來計算BGL并對判定值V(KX)進行校正。
在S200，發(fā)動機ECU 200由幅度V計算幅度值LOG(V)，幅度V是根據(jù)從爆震傳感器300發(fā)送的信號而檢測的。幅度V是預定曲軸角度之間的峰值(每隔5。的綜合值的峰值)。
在S202，發(fā)動機ECU 200判定幅度值LOG(V)是否小于前述閾值 V(l)。在幅度值LOG(V)小于前述閾值V(l)時(S202中為"是")，處理進行到S204。否則(S202中為"否")，處理返回S200。
在S204，發(fā)動機ECU 200計算所提取的幅度值LOG(V)的中間值 V(50)和標準偏差cj。
在S206，發(fā)動機200計算BGL。 BGL是通過從中間值V(50)減去標準偏差cj與系數(shù)U(3) (U(3)為常數(shù)，例如U(3一3)的乘積而獲得的值。系數(shù) U(3)是根據(jù)通過實驗等方式獲得的數(shù)據(jù)和結果而得到的系數(shù)。所計算出的 BGL用于前述S114中。計算BGL的方法不限于這種。
在S208，發(fā)動機ECU 200根據(jù)中間值V(50)和標準偏差a來計算爆震判定水平V(KD)。在S210，發(fā)動機ECU 200計算所提取的幅度值LOG(V) 中大于爆震判定水平V(KD)的幅度值LOG(V)所占的比例，作為爆震比例 KC。
在S212，發(fā)動機ECU 200對爆震比例KC是否大于閾值KC(O)進行判定。如果爆震比例KC大于閾值KC(O) (S212為"是")，則處理進行到 S214。否則(S212為"否")，處理進行到S216。在S214，發(fā)動機 ECU200減小判定值V(KX)。在S216，發(fā)動機ECU 200增大判定值 V(KX)。
下面將根據(jù)上述結構和流程圖說明發(fā)動機ECU 200的操作，發(fā)動機 ECU 200是根據(jù)本實施例的點火正時控制設備。
在發(fā)動機100的操作中，根據(jù)從曲軸位置傳感器306發(fā)送的信號來檢測發(fā)動機速度NE并根據(jù)從空氣流量計314發(fā)送的信號來檢測進氣量KL (S100)。此外，還根據(jù)從爆震傳感器300發(fā)送的信號來檢測發(fā)動機100 的振動幅度(S102)。
在燃燒沖程中的上死點與90。之間，計算第一頻率帶A至第三頻率帶 C各自的振動每隔5。的綜合值。對應于各個曲軸角度將計算出的第一頻率帶A至第三頻率帶C中的綜合值相加，從而檢測到如圖4所示的發(fā)動機100的上述振動波形。
由于使用每隔五度的綜合值來檢測振動波形，所以可以檢測到細微變化受到抑制的振動波形。因此，容易將檢測到的振動波形與爆震波形模型進行相互比較。
根據(jù)計算出的綜合值，計算第一頻率帶A至第三頻率帶C的合成波形 (發(fā)動機100的振動波形)中綜合值的峰值P (S106)。
發(fā)動機100的振動波形中的綜合值被除以計算出的峰值P，從而將振動波形歸一化(S108) d通過歸一化，振動波形中的振動幅度被表示為0 至1范圍內的無量綱數(shù)。由此，不管振動的幅度如何都可以將檢測到的振動波形與爆震波形模型進行相互比較。因此，不必儲存與振動幅度對應的大量爆震波形模型，從而方便了形成爆震波形模型。
通過將歸一化之后的振動波形中振動幅度為最大值的正時以及爆震波形模型中振動幅度為最大值的正時進行同步(參見圖6),在每個曲軸角度處計算出歸一化后的振動波形與爆震波形模型相對于彼此的偏差的絕對值AS(I)。根據(jù)AS(I)的總和(g卩SAS(I))以及對爆震波形模型中振動幅度對曲軸角度進行積分所得的值S，由K=(S-2:AS(I))/S來計算相關系數(shù)K (S110)。由此，可以將檢測到的振動波形與爆震波形模型之間的相符程度轉換為數(shù)字來客觀地判定該相符程度。此外，通過將振動波形與爆震波形模型進行相互比較，可以根據(jù)振動的行為(例如振動的衰減趨勢)來分析該振動是否是爆震時的振動。
除了相關系數(shù)K，還通過對綜合值的峰值P進行對數(shù)轉換來計算幅度值LOG(P) (S112)。通過將幅度值LOG(P)除以BGL來計算爆震幅度 N， BGL是代表具體發(fā)動機100的機械振動的幅度(S114)。這樣，可以計算爆震幅度N，作為代表相對于BGL的相對幅度的值。由此，可以計算爆震幅度N，作為代表了除對于具體發(fā)動機100的機械振動之外的因素引起的振動幅度的值。
同時，發(fā)動機100的機械振動的實際幅度幾乎不會隨著是否存在爆震而變化。但是，發(fā)動機100的機械振動的幅度具有這樣的特性它對于各個單獨的發(fā)動機100不同，并隨著發(fā)動機100的載荷或速度而變化。因此，為了計算爆震幅度N，作為精確地代表了除對于發(fā)動機100的機械振
動之外的因素的振動幅度的值，就必須計算BGL， BGL反映了發(fā)動機100 的機械振動的實際幅度的特性。
因此，對于采用發(fā)動機速度NE和進氣量KL作為參數(shù)的各個區(qū)域，根據(jù)單獨發(fā)動機100的實際工作狀況中檢測到的幅度V來計算幅度值 LOG(V)。在計算出的幅度值LOG(V)小于前述閾值V(l) (S202為 "是")時，計算中間值V(50)和標準偏差a (S204)。
如圖15所示，在發(fā)生了爆震時計算出的幅度LOG(V)大于沒有爆震時內燃機的振動幅度分布中的上限振動幅度。因此，與不頻繁發(fā)生爆震時相比，頻繁發(fā)生爆震時的幅度LOG(V)的中間值V(50)和標準偏差cr更大。這樣，獲得從中間值V(50)減去標準偏差a與系數(shù)U(3)的乘積所得的值，作為幾乎不隨著是否存在爆震而變化的穩(wěn)定值。
如圖16所示，與發(fā)動機100的機械振動幅度較小時相比，當發(fā)動機 100的機械振動幅度較大時，中間值V(50)也變大。發(fā)動機100的機械振動幅度較小和較大時，振動幅度分布的形狀基本上相同。因此，獲得標準偏差ct，作為發(fā)動機100的機械振動幅度較小和較大時幾乎相同的值。這樣，從中間值V(50)減去標準偏差cj與系數(shù)U(3)的乘積所得的值是對于單獨的發(fā)動機100具體的，并隨著發(fā)動機100的載荷或速度而變化。
因此，計算從中間值V(50)減去標準偏差a與系數(shù)U(3)的乘積所得的值作為BGL。如上所述，獲得計算出的BGL，作為幾乎不隨著是否存在爆震而變化的穩(wěn)定值。BGL是對于單獨的發(fā)動機IOO而言具體的值，并隨著發(fā)動機100的載荷或速度而變化。由此可以獲得BGL， BGL反映了發(fā)動機100的實際機械振動的特性。即，BGL可以看作代表了對于發(fā)動機100 具體的機械振動幅度的值。通過用實際檢測到的幅度值LOG(P)除以這個 BGL來計算爆震幅度N。這樣，可以計算爆震幅度N，作為精確地代表了除發(fā)動機100的機械振動之外的因素引起的振動的幅度。
根據(jù)計算出的相關系數(shù)K和爆震幅度N，對各個點火循環(huán)中是否發(fā)生了爆震以及對點火正時進行延遲還是提前進行判定。如果相關系數(shù)K大于預定值并且爆震幅度N大于預定判定值(S116為"是")，則判定為發(fā)生了爆震(S118)并將點火正時延遲(S120)。由此，抑制了爆震發(fā)生。
如果相關系數(shù)K不大于預定判定值或爆震幅度N不大于預定判定值 (S116為"否")，則判定為并未發(fā)生爆震(S122)并將點火正時提前 (S124)。
這里，將幅度值LOG(P)除以BGL來計算爆震幅度N， BGL可以認為是代表了對于發(fā)動機100而言具體的機械振動幅度的值。由此，計算出爆震幅度N，作為精確地代表了除對于發(fā)動機100而言具體的機械振動之外的因素的振動幅度的值。相應地，可以精確判定是否存在爆震，并可以將點火正時恰當?shù)匮舆t或提前。
同時，發(fā)動機100中發(fā)生的相同振動幅度可能由于爆震傳感器300的輸出值變化和性能下降而被檢測為不同的值。這樣，爆震幅度N的值被檢測為不同的值。因此，需要對判定值V(KX)進行校正，并用與實際檢測到的幅度對應的判定值V(KX)來判定是否發(fā)生了爆震。
因此，根據(jù)用于計算上述BGL的中間值V(50)和標準偏差ci來計算爆震判定值V(KD) (S208)。計算比爆震判定水平V(KD)大的幅度值 LOG(V)所占比例作為爆震比例KC (S210)。在爆震比例KC大于閾值 KC(O)時(S212為"是")，可以認為爆震發(fā)生得比允許程度更加頻繁。在此情況下，將判定值V(KX)減小，使得更容易判定為發(fā)生了爆震 (S214)。這樣，增大了判定為發(fā)生了爆震的頻率，從而將點火正時延遲以抑制爆震發(fā)生。
另一方面，在爆震比例KC小于閾值KC(O)時(S212為"否")，可以認為爆震發(fā)生的頻率在可允許的值以內。在此情況下，可以認為發(fā)動機的輸出還可以進一步增大。因此，將判定值V(KX)增大(S216)。這樣，對于每個點火循環(huán)可以將爆震判定中的判定值設定為恰當?shù)闹担瑥亩‘?地設定點火正時。
如上所述，利用作為根據(jù)本實施例的點火正時控制設備的發(fā)動機 ECU，根據(jù)單獨發(fā)動機的實際操作狀況下檢測到的幅度V來計算中間值和標準偏差。通過從中間值減去標準偏差與預定系數(shù)的乘積，來計算BGL， BGL是代表了發(fā)動機的機械振動幅度的值。計算出的BGL幾乎不隨著是否存在爆震而變化。但是，計算出的BGL對于各個單獨的發(fā)動機不同，并隨著發(fā)動機的載荷或速度而變化。這樣，BGL可以看作這樣的值該值代表了對于發(fā)動機而言具體的機械振動幅度，反映了發(fā)動機的實際機械振
動特性。通過用實際檢測到的幅度值LQG(P)除以這個BGL，來計算爆震幅度N。這樣，可以計算爆震幅度，作為精確地代表了由于除發(fā)動機的機械振動之外的因素引起的振動幅度。根據(jù)這個爆震幅度與判定值V(VK)之間的比較，來執(zhí)行爆震判定。這樣，可以精確地判定是否存在爆震，并可以恰當?shù)乜刂泣c火正時。
如圖17所示，在噪聲造成的振動幅度較大時，爆震時綜合值的最大值與噪聲造成的綜合值的最大值之間的差異較小，可能難以從爆震幅度N 來區(qū)分爆震和噪聲。因此，如圖18所示，還可以用振動波形中的綜合值的總和(將爆震檢測門中爆震傳感器的所有輸出電壓綜合所得的值)代替綜合值的峰值P來計算爆震幅度N。換言之，也可以將振動波形中綜合值的總和除以BGL來計算爆震幅度N。
如圖18所示，由于噪聲造成的振動發(fā)生的周期比爆震造成的振動發(fā) 生的周期短，所以爆震的綜合值的總和與噪聲的綜合值的總和之間的差異可以較大。因此，通過根據(jù)綜合值的總和來計算爆震幅度N，可以在爆震時計算出的爆震幅度N與因噪聲而計算出的爆震幅度N之間獲得較大差異。這樣，可以清楚地區(qū)分由于爆震造成的振動以及由于噪聲造成的振動。
盡管己經(jīng)詳細說明和圖示了本發(fā)明，但是顯然這些只是示例性的，而不應理解為限制性的，本發(fā)明的精神和范圍只由所附權利要求項來限定。
權利要求
1.一種用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，包括運算單元(200)，其中，所述運算單元(200)對與所述內燃機的振動幅度有關的第一值進行檢測，所述運算單元(200)根據(jù)所述第一值來計算中間值和標準偏差，所述運算單元(200)從所述中間值減去所述標準偏差與預定常數(shù)的乘積，來計算與所述內燃機的振動幅度有關的第二值，所述運算單元(200)根據(jù)所述第二值來計算與所述內燃機的振動幅度有關的爆震幅度，并且所述運算單元(200)根據(jù)所述爆震幅度與預定值之間的比較結果，來控制所述內燃機的點火正時。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，其中，所述標準偏差是比所述中間值小的所述第一值的標準偏差。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，射，所述運算單元還對與所述內燃機的振動幅度有關的第三值進行檢測，并且所述運算單元將所述第三值除以所述第二值來執(zhí)行校正，以計算所述爆震幅度。
4. 一種對內燃機的點火正時進行控制的方法，包括下列步驟對與所述內燃機的振動幅度有關的第一值進行檢測，根據(jù)所述第一值來計算中間值和標準偏差，從所述中間值減去所述標準偏差與預定常數(shù)的乘積，來計算與所述內燃機的振動幅度有關的第二值，根據(jù)所述第二值來計算與所述內燃機的振動幅度有關的爆震幅度，以及根據(jù)所述爆震幅度與預定值之間的比較結果，來控制所述內燃機的點火正時。
5. 根據(jù)權利要求4所述的用于對內燃機的點火正時進行控制的方法，其中，所述標準偏差是比所述中間值小的所述第一值的標準偏差。
6. 根據(jù)權利要求4所述的用于對內燃機的點火正時進行控制的方法，還包括下列步驟對與所述內燃機的振動幅度有關的第三值進行檢測，其中，所述計算爆震幅度的步驟包括將所述第三值除以所述第二值來執(zhí)行校正以計算所述爆震幅度。
7. —種用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，包括用于對與所述內燃機的振動幅度有關的第一值進行檢測的裝置(200)，用于根據(jù)所述第一值來計算中間值和標準偏差的裝置(200)，第一計算裝置(200)，用于從所述中間值減去所述標準偏差與預定常數(shù)的乘積，來計算與所述內燃機的振動幅度有關的第二值，第二計算裝置(200)，用于根據(jù)所述第二值來計算與所述內燃機的振動幅度有關的爆震幅度，以及用于根據(jù)所述爆震幅度與預定值之間的比較結果來控制所述內燃機的點火正時的裝置(200)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，其中，所述標準偏差是比所述中間值小的所述第一值的標準偏差。
9. 根據(jù)權利要求7所述的用于對內燃機的點火正時進行控制的設備，還包括，用于對與所述內燃機的振動幅度有關的第三值進行檢測的裝置 (200)，其中，所述第二計算裝置(200)包括用于將所述第三值除以所述第二值來執(zhí)行校正以計算所述爆震幅度的裝置。
全文摘要
發(fā)動機ECU執(zhí)行包括下列步驟的程序根據(jù)計算出的幅度值(LOG(V))來計算(204)中間值(V50)和標準偏差；從中間值(V(50))減去標準偏差與系數(shù)(U(3))的乘積來計算BGL。將幅度值(LOG(P))除以BGL而計算出的爆震幅度N與預定判定值(V(VK))進行比較來執(zhí)行爆震判定。根據(jù)爆震判定結果來控制發(fā)動機的點火正時。
文檔編號F02P5/152GK101321946SQ200680045679
公開日2008年12月10日申請日期2006年12月4日優(yōu)先權日2005年12月5日
發(fā)明者千田健次, 吉原正朝, 大江修平, 竹村優(yōu)一, 笠島健司, 金子理人, 麻生纮司申請人:豐田自動車株式會社;株式會社日本自動車部品綜合研究所

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